JPS58224070A - ア−ク溶接法 - Google Patents

ア−ク溶接法

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JPS58224070A
JPS58224070A JP10677882A JP10677882A JPS58224070A JP S58224070 A JPS58224070 A JP S58224070A JP 10677882 A JP10677882 A JP 10677882A JP 10677882 A JP10677882 A JP 10677882A JP S58224070 A JPS58224070 A JP S58224070A
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circuit
arc
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signal
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JP10677882A
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Kiju Endo
喜重 遠藤
Takeshi Araya
荒谷 雄
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Via Mechanics Ltd
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Hitachi Seiko Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/06Arrangements or circuits for starting the arc, e.g. by generating ignition voltage, or for stabilising the arc

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding Control (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ゛本発明は消耗電極を定速度送給して溶接を行うアーク
溶接法に係シ、特に溶接中に発生するスパッタを大幅に
減少させるのに好適な溶接法に関する。
消耗電極を定速度送給して溶接を行うアーク溶接法にお
いては、従来第1図に示すように直流定電圧特性の電源
1と、直流リアクトル2とから成る回路な構哀したもの
が実用化されている。このように構成された回路を用い
て溶接を行った場合には溶接電流の大きさによって溶接
現象がまったく異なる。すなわち比較的溶接電流値の低
い領域では消耗電極先端の溶融金属が母材に接触して移
行する、いわゆる短絡移行現象がみられる。第2図は、
短絡とアークを繰シ返す時の溶接電流、アーク電圧の変
化を示したもので、図においてmp几は電源の外部特性
曲線を示し、LO、L、、L。
はアーク長がそれぞれLo 、Lt 、Ltの場合のア
ーク特性でLoはアーク長が零の場合である。
短絡が始まると電流は1から2に急増し2において短絡
が破れるとアーク電圧3が発生し、たちまちアーク長が
延びてアーク長はり、となシアーク電圧3′に移る。し
かし電極は絶えず送給され続けているのでアーク長は次
第に短くなって3′→4→5の如く変化して5において
再び短絡する。
この時の溶接現象を高速度カメラによシ観察すると、ス
パッタが発生するのはアークから短絡になった瞬間と短
絡からアークになった瞬間が最も著しい。このうちアー
クから短絡になった時に発生するスパッタは第1図の直
流リアクトルのインダクタンスを適尚な値にして、第2
図の1から2への電流の立上が多速度を制御することに
よって減少させることができる。このため従来から種々
の方法が考えられ、実施されてきた。例えばリアクトル
に2次制御巻線を設けて溶接条件に合せて適切なインダ
クタンスを選足する方法が考えられている。また短絡時
の電流の立上がシと、短絡からアークになった時の電流
の立下がシを制御する方法も考えられている。これらの
方法では前述のアークから短絡になった時に発生するス
パッタを減少するのに効果がある。しかし短絡からアー
クにな゛つた瞬間には第2図に示すように従来法では原
理的に必ず高い電流値になるので、この高い電流によっ
て生じるアーク力が強く、またアーク柱の急熱膨張の程
度が多いのでスパッタが発生する。
このため溶接中に発生するスパッタを大幅に減少させる
までには至っていない。
イ       一方比較的溶接電流値の高い領域では
第3図に示すようにアークが強く、電極先端の溶融金属
を押し上げるので、なかなか短絡せず、したがって溶滴
は犬きくなり、かつ片溶けがはげしく、大きなスパッタ
が数多く発生する。このため従来、この電流域では、積
極的にアーク電圧を下げてうもれアーク法を用いて発生
するスパッタを溶融グーの ルβにとじ込・めて外へ出さないようにする方法、ある
いは電源回路のインダクタンスを非常に太き((600
μH以上)して短絡した場合の電流変動を少なくする方
法などが考えられているが、いずれもスパッタを大幅に
減少させるまでには至っていない。
本発明は以上のような事柄に鑑みてなされたものであり
、その目的は低電流域から大電流域に渡る広い溶接電流
域においてスパッタがほとんど発生せず、しかも安定し
たアークが得られる新規なアーク溶接法を提供すること
にある。
本発明は消耗電極を定速度送給して溶接を行うアーク溶
接法において、短絡状態と短絡からアークになる直前の
状態を検出し、この検出信号によって短絡時に最適なパ
ルス状電流をアークになる直前まで出力し、アークにな
る瞬間には溶接電流を非常に低い値になるように制御す
ることによってアークから短絡になる時に発生するスパ
ッタはもちろん短絡からアークになる時に発生するスパ
ッタを防止するとともに、アーク期間中にはワイヤ送給
量に見合ったパルス状電流を出力し、しかもアーク期間
終端時には溶接電流を低い値になるように制御すること
によって強制的に短絡を行わせしめて、低電流から大電
流に至る広い溶接電流域で、スパッタがほとんど発生せ
ずしかも安定したアークが得られるようにしたことを特
徴とする。
以下、本発明の一実施例を第4図〜第7図により説明す
る。
第4図において3は変圧器、4は整流器、5は出力電流
を制御する限流素子、6は5の駆動回路、7は溶接部で
7aは母材、7bはアーク、7Cは消耗電極、7dは給
電チップ、7eは消耗電極を送給する送給ローラ、8は
消耗電極送給モータ、9は短絡状態を検出する回路、1
0は短絡からアークになる直前の状態を検出する回路、
11は比較回路で9の短絡状態検出回路で得られた信号
と12の基準信号発生回路の信号とを比較する回路、1
3は遅延回路、14は短絡電流発生回路、15は比較回
路でアーク直前状態検出回路lOで得られた信号と基準
信号発生回路16の信号とを比較する回路、17は遅延
回路、18は送給モータの回転数すなわち消耗電極の送
給量に相当する信号を発生する回路、19は信号17に
よって信号18に見合ったアーク電流信号を発生する回
路である。
次に上記実施例の動作について説明すると、変圧器3で
通常200vから60〜80vに変圧され、整流器4で
直流に整流された電圧が出力されると限流素子5、給電
チップ7dを通して電極7Cに通電され、電極7Cと母
材7aとの間にアーク7dが発生する。この時電極7C
は送給モータ8によって駆動される送給ローラ7eによ
って定速送給される。短絡状態検出回路9はこの時の溶
接電流あるいはアーク電圧の変化から短絡した瞬間を検
出する。アーク電圧を検出した場合には、アークから短
絡に移行すると前述の第2図に示すように数十ボルトか
ら零ポルト付近に急変するので、基準信号発生回路12
で例えば数ボルトを設定してこの値と短絡状態検出回路
9で検出した電圧とを比較器11で比較することにより
短絡したことが判別できる。短絡状態を判別すると比較
回路11は短絡信号を発生し、遅延回路13を通して短
絡電流発生回路14に起動信号が印加される。
遅延回路13は比較器11からの信号が印加された後あ
らかじめ設定された遅延時間後に短絡電流発生回路14
に信号を印加する。ただし設定遅延時間後に比較器11
からの短絡信号が引き続き印加されている場合にのみ出
力する。この結果、電極先端の溶融金属が溶融プールに
瞬間的に触れるだけで実際には溶融金属が移行しない約
9.5 m s以下の瞬間・短絡時に短絡電流が流れて
スパッタが発生するのを防ぐことができると同時に十分
短絡り     された後に短絡電流が流れるのでアー
クから短絡になった時に発生するスパッタを防止するこ
とができる。
これは比較器11の前段にフィルター回路を設け、0.
5ms以下の短絡をカットし、短絡電流の立上がシ速度
を遅くしても同様の効果がある。
遅延回路13からの信号が印加されると短絡電流発生回
路はあらかじめ設定された波形を駆動回路6に出力す・
る。また駆動回路6への短絡電流発生回路14の信号は
比較回路15からの信号が印加されると直ちに停止する
アーク直前状態検出回路10はアークになる直前の状態
を検出する回路で、電圧をフィードバックした場合には
、第2図に示すように短絡した瞬間からアークになる瞬
間までの電圧は零ボルト付近から数−ボルト付近まで変
化し、アークになった瞬間に数十ボルトに急変するので
、基準信号発生アーク直前状態検出回路10で検出した
値を比較することによシアークになる直前の状態を判別
することができる。また短絡した後、電流によって生じ
る電磁ピンチ力によって溶融金属はくびれ、アークにな
る直前には糸状になるので当然短絡抵抗は増加する・。
したがって電圧(V)と電流(I)■ をフィードバックし、短絡抵抗几=−を演算し、■ 基準信号16と比較することによってア一′りになる直
前の時期を判別することができる。
アークになる直前の時期を判別すると比較回路15は、
遅延回路17および短絡電流発生回路13へ信号を出力
する。遅延回路17は比較器13からの信号が印加され
た後0.5〜5 m sの遅延時間後アーク電流発生回
路に信号を印加する。
アーク電流発生回路19は遅延回路17からの信号が印
加されると送給モータ8の出力すなわち電極7Cの送給
速度に相当する18の回路信号に見合’−pfCアーク
電流波形を駆動回路6へ出力する。
第5図は上記実施例による電流、電圧波形の一例を示す
。図中A点およびD点は短絡した瞬間、B点はアークに
なる直前、0点はアークになった瞬間である。A点で短
絡すると短絡検出回路9で検出し遅延回路13でTns
遅れて短絡電流発生回路14から信号が出力されて限流
素子5によってIpsなる短絡電流が出力される。この
短絡電流は比較器15からの信号が印加されるまで出力
されるのでIpsの幅(Tps)は短絡の状態によって
異なる。第6図(a)は短絡時間が比較的短かくて定常
値Ipgになる途中で比較器15からの信号が印加され
た場合、(b)図は定常値IPIに到達した後に印加さ
れた場合を示す。このように短絡からアークになる直前
に短絡電流は低電流に移行する。またB点でアーク直前
の状態を検出すると比較器15は遅延回路17に信号を
出力するが遅延回路17はToムの遅延時間後アーク電
流発生回路19へ信号を出力する。
以上の結果短絡からアークになる時にはアークを維持す
るための低い電流を流すことになるので、短絡からアー
クになる時点でのスパッタの発生を防止することができ
る。一方アーク電流は比較的高い電流111Aを一定期
間Tpム流し、その後低電流■1を一定期間TAB流す
ように制御する。電極の溶融量はほぼアーク期間の平均
電流値に比例するのでIPA X TPA + In 
X TAs/ Tpム+TAIを電極の送給量に見合う
ように制御する。この時Ipムが流れている間は′電極
が十分溶融されアーク力によつて電極先端の溶融釡属は
押し上げられて容易に短絡しない。次に低電流の工1に
制御されると電極はほとんど溶融されずしかもアーク力
が弱まるので溶融金属は母材側に下が、9D点で短絡す
る。このように短絡を強制的に行わせしめるので、従来
法では不可能であった中、面電流域での短絡移行溶接が
できる。第7図はアーク時の他の電流、波形例を示した
ものであるが本発明ではいずれも同様の効果がある。
以上のように本発明法によれば、短絡状態とアークにな
る直前の状態を検出し、この信号によって短絡した瞬間
から一定遅延時間後に最適な短絡電流をアークになる直
前まで出力し、アークになる瞬間には溶接電流を低い値
になるように制御し、アーク期間中にはワイヤ送給量に
見合ったパルス状電流を出力し、しかもアーク期間終端
時には溶流から大電流までの広い溶接電流域で、スパッ
タがほとんど発生せずしかも安定したアークが得ること
ができる。したがってピード外観が美しくなり、溶接後
の後処理を必要とせず、また高速溶接が可能になるので
、作業効率は著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のアーク溶接電源の回路図、第2図、第3
図は従来のアーク溶接電源による動作および現象の説明
図、第4図は本発明法による一実施例の回路図、第5図
は実施例による波形図、第6図、第7図は実施例による
他の波形図である。 5・・・限流素子、6・・・駆動回路、9・・・短絡状
態検出回路、10・・・アーク直前状態検出回路、13
゜17・・・遅延回路、14・・・短絡電流発生回路、
工9・・・アーク電流発生回路。 ¥i  1.  +2] ′¥12 図 ¥OI 3 図 ′¥J4− 口 5  ゛ 士 ′″fJ 5 図 第 7 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、消耗電極を定速度送給して溶接を行うアーク溶接法
    において、短絡状態とアークになる直前の状態を検出し
    、この検出信号によって、短絡重畳電流を短絡してから
    アークになる直前まで出力し、かつアーク重畳電流をア
    ークに移行した後に設定時間の期間出力するようにした
    ことを特徴とするアーク溶接法。
JP10677882A 1982-06-23 1982-06-23 ア−ク溶接法 Granted JPS58224070A (ja)

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JP10677882A JPS58224070A (ja) 1982-06-23 1982-06-23 ア−ク溶接法

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JPS58224070A true JPS58224070A (ja) 1983-12-26
JPH0249828B2 JPH0249828B2 (ja) 1990-10-31

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